无铅焊锡制程及其特性
无铅制程教程三篇
无铅制程教程三篇一、无铅制程的概述无铅制程是一种替代传统有铅制程的电子焊接方法，旨在减少对环境和人体的有害影响。
它是近年来电子行业的一个重要技术发展方向。
本篇文章将从制程原理、材料选择和焊接工艺等方面介绍无铅制程的基本概念和应用。
1. 制程原理无铅制程的核心概念是使用无铅焊料替代传统的铅锡合金焊料。
无铅焊料由多种金属元素组成，如银、铜、锡和锌等。
相比之下，传统的铅锡合金焊料含有大量的铅，对环境和人体健康造成潜在的危害。
2. 材料选择在采用无铅制程时，必须选择适合的材料来替代铅锡焊料。
常用的无铅焊料有银基焊料、铜基焊料和锡基焊料等。
根据具体焊接需求和技术要求，选用合适的材料以确保焊接质量和可靠性。
3. 焊接工艺无铅制程的焊接工艺与传统的有铅制程有一定的区别。
在无铅制程中，焊接温度和焊接时间等参数需要进行优化和控制。
此外，焊接设备的选择和调整也是确保无铅焊接质量的重要因素。
二、无铅焊接工艺的优势无铅制程相对于有铅制程具有多种优势，本篇文章将从环境友好、提高可靠性和法规要求等方面介绍无铅焊接工艺的优势。
1. 环境友好无铅焊料避免了铅对环境的污染，有助于保护生态环境和人类健康。
在电子行业中广泛应用无铅制程，对于减少环境污染具有积极的影响。
2. 提高可靠性相较于传统的铅锡焊料，无铅焊料通常具有更高的熔点和较差的润湿性。
这使得焊点在高温环境下更加稳定，提高了焊接连接的可靠性和耐久性。
3. 法规要求许多国家和地区的法规要求电子产品必须采用无铅制程。
逐渐普及和应用无铅焊接工艺可以确保企业符合相关法规，并顺利进入国际市场。
三、无铅焊接的实施方法无铅焊接具有一定的技术难度，但随着技术的不断发展和成熟，相关实施方法也日趋完善。
本篇文章将从设备调整、工艺控制和质量检验等方面介绍无铅焊接的实施方法。
1. 设备调整由于无铅焊接与有铅焊接存在一定的差异，设备的调整至关重要。
焊接设备的温度控制和焊接参数的设定需要进行调整，以适应无铅焊接的要求。
无铅锡条的性能特点及注意事项
无铅锡条的性能特点及注意事项
无铅锡条采用高标准工艺流程生产，能有效地加入抗氧化性能，使用过程中锡渣少，同时由于产品本身不含危害物质，对环境无污染等,无铅焊锡条是Sn(锡)、Cu(铜)的共晶合金,共晶温度为227℃,比传统的Sn/Pb钎料高出34℃。
无铅焊锡条主要具有以下性能：强度高，具有良好的力学性能和焊点可靠性对杂质的敏感性低，性能稳定符合欧盟指令要求适合各种焊接工艺，能广泛应用于各种铜管、铜元器件的焊接。
无铅锡条使用注意事项：
1、锡条熔点：锡条的熔点与作业温度相关，这是由合金成分本身所决定的。
如：常用的锡铜合金的熔点为227度，作业温度一般在270-300之间，而3.0银无铅锡条的熔点为217度，作业温度一般在260-280之间。
2、焊锡炉：一定要使用无铅环保焊锡炉，不能与有铅炉混用。
3、无铅助焊剂：无铅锡条要配合无铅助焊剂同时使用。
无铅助焊剂要求要能耐得住高温条件，活性要好，要免清洗型的无铅助焊剂。
4、液面高度：焊锡炉熔锡后要保持一定液面的高度，锡槽里面不能太少锡，必要时需往锡槽加入无铅锡条。
无铅焊料及相应工艺
03
无铅焊料的工艺流程
焊前准备
清洁
01
确保焊料和焊接表面的清洁，去除油渍、氧化层和其他杂质，
以提高焊接质量。
预热
02
对焊接表面进行预热，以降低焊料的凝固点和提高焊接速度。
选择焊料
03
根据具体应用需求选择合适的无铅焊料，确保其具有良好的流
动性和润湿性。
焊接过程
熔融焊料
将焊料加热至熔融状态，使其具有良好的流动性。
04
无铅焊料的发展趋势和 挑战
技术发展趋势
高可靠性
无铅焊料需要具备更高的可靠性和耐久性，以满足电子产品不断升 级的性能要求。
高导热性
随着电子设备高功率化的发展，无铅焊料需要具备更高的导热性能， 以降低热阻和散热不良的风险。
小型化
随着电子设备小型化的发展，无铅焊料需要具备更小的体积和更精细 的微结构，以满足焊接细小部件的需求。
机械特性
硬度与强度
无铅焊料的硬度与强度较高，能 够提供更好的机械保护和支撑作
用。
疲劳性能
无铅焊料的疲劳性能优于传统锡铅 焊料，能够更好地承受循环载荷和 振动。
延展性与韧性
无铅焊料的延展性和韧性较好，能 够更好地吸收和分散应力，减少焊 接点的断裂风险。
02
无铅焊料的应用领域
电子工业
电子元件连接
波峰焊接
无铅焊料及相应工艺
contents
目录
• 无铅焊料的特性 • 无铅焊料的应用领域 • 无铅焊料的工艺流程 • 无铅焊料的发展趋势和挑战
01
无铅焊料的特性
物理特性
01
02
03
熔点范围
无铅焊料的熔点范围通常 比传统锡铅焊料高，一般 在200-300℃之间。
无铅焊锡及其标准
确认焊锡的种类。（根据焊接的地方，使用不同的焊锡线）
5
6
含助焊剂的焊锡线的构成
注意 Sn-Pb系 PbFree系
焊锡合金
助焊剂
7
助焊剂的作用
氧化膜
FLUX
焊锡
去除氧化膜 防止再氧化 降低表面張力
形及焊锡的 表面
去除金属表面
的氧化膜使焊 锡延展开
盖住除去氧化 膜的地方进行 加热防止再氧 化
降低焊锡表面張 力，让焊锡延展
的烙铁头
烙铁头
1/2~1/3以下的寿命 （两者用机器人实验，机器测的温度都
为420度)
36
PbFree 注意事項
烙铁头的劣化
烙铁头有孔。
锡侵蚀烙铁头前端
烙铁头变黑，焊锡焊不上。
烙铁头被氧化变黑
37
完成作业时
①使用完后烙铁头被污染
烙铁头的收起方式
④将焊锡镀层部分用焊锡包住
②用海绵清洁
③新的焊锡重新供给烙铁 头
Ｇｏｏｄ
ＮＧ
２０ｃｍ以上
危险的姿势
无铅焊锡
无铅零件生产商 – 取自 IPC 网页 无铅零件生产 零件生
• • • • • • • • • • • • • • • AMD Analog Devices Fujitsu Hitachi Infineon Intel IZM Infopool Murata National Semiconductor Panasonic Philips Sony Semiconductor Products ST Microelectronics Texas Instruments Tyco Electronics
为什么无铅成本较高？ 么无铅成本较高？ 成本较高
• 金属价格提高 金属价格提高
– 原來的 37% 铅被锡或其他更贵的金属代替
• 密度
– 无铅焊接材料的密度较低 (約少 20%)，生产成本较高
• 生产成本
– 能源费用提高，由於较高溶点。当进行焊接时，所需温度也提 高了
• 专利费用
– 大多数无铅焊接材料都需付约 4%-8% 专利费用
合金 Sn/Pb SAC 305 SAC 405 SA 2515 SnCu SnAg Sn 63 / Pb 37 Sn / 3.0 Ag / 0.5 Cu Sn / 4.0Ag / 0.5 Cu Sn/ 2.5 Ag / 1.0 Bi / 0.5 Cu 99.3 Sn / 0.7 Cu 96.5 Sn / 3.5 Ag 推荐焊锡焊接温度 Deg ℃ /Deg ℉ 232-271℃ / 450-520℉ 271-276℃ / 520-530℉ 271-276℃ / 520-530℉ 271-276℃ / 520-530℉ 265-276℃ / 510-530℉ 260-276℃ / 500-530℉
• 偷锡焊盘可以是另加的焊盘或较大焊盘 用於吸取过多的锡
无铅焊接特点及工艺控制及过渡阶段应注意问题
（b）但由于无铅的焊接材料、元器件、PCB都发生了变化， 因此工艺参数必须随之改变。主要变化是温度高、工艺 窗口小、润湿性差、工艺难度大，容易产生可靠性问题， 因此要求比有铅时更加重视理论学习、工艺技术研究、 工艺实践，尤其要掌握关键技术：印、焊。
Sn-Cu焊料中Cu比例0.75wt%为共晶点，此时的
Lift-off（焊点剥离）的几率最小，离开0.75wt%
越远越容易发生。
⑨ 无铅波峰焊中的Pb是有害的质，经常监测焊料中Pb的 比例，要控制焊点中Pb含量＜0.05%。
⑩插装孔内上锡可能达不到75%（传统Sn/Pb 75%），减 慢速度和充N2 可以改善。
无铅波峰焊焊点
插装孔中焊料填充不充分
热撕裂或收缩孔
无铅焊接常见缺陷
• 无铅焊点润湿性差——要说服客户理解。 气孔多 外观粗糙 润湿角大 没有半月形
无铅焊点评判标准
• IPC-A-610D （后面专门介绍）
Lead Free Inspection
Leaded Solder Paste Smooth & Shiny Surface
求；但是对于复杂产品，可能需要260℃才能焊好。因
此FR-4基材PCB就不能满足要求了。
• 在实际回流焊中，如果最小峰值温度为235℃，最大峰 值温度取决于板面的温差△t，它取决于板的尺寸、厚 度、层数、元件布局、Cu的分布以及元件尺寸和热容 量。拥有大而复杂元件（如CBGA、CCGA等）的大、 厚印制板，典型△t高达20~25℃。
特别注意：（由于浸析现象）
• 采用Sn3Ag0.5Cu焊料进行波峰焊时对PCB的Cu布线有 腐蚀作用，将Cu比例从0.5%提高到0.7%，使焊料中Cu 处于饱和状态，可以减轻或避免对Cu布线的腐蚀。
无铅焊锡制程简介
汽车产业
汽车产业也是无铅焊锡的重要应用领域之一，主要涉及汽 车零部件的制造和组装，如发动机控制模块、传感器、执 行器等。无铅焊锡在汽车产业中的应用有助于提高汽车的 安全性和可靠性。
汽车产业对无铅焊锡的要求较高，需要具备优良的耐热性 、耐腐蚀性和机械性能，以确保在复杂和严苛的汽车环境 中能够保持稳定的连接性能。
五金制造
五金制造是无铅焊锡应用的另一个重 要领域，涉及建筑、家具、工具等多 个行业。无铅焊锡在五金制造中主要 用于连接金属部件，如门窗、家具的 组装和固定等。
五金制造对无铅焊锡的要求相对较低， 但也需要具备良好的焊接性能和耐腐 蚀性，以确保连接的稳定性和长期使 用。
感谢您的观看
THANKS
着重要影响。
表面处理
表面处理是对焊锡片进行清洁、涂层 、镀层等处理，以提高其焊接性能和 防氧化性能的过程。
表面处理是无铅焊锡制程中的最后一 道工序，其质量直接关系到焊锡片在 实际应用中的焊接效果。
03 无铅焊锡的应用领域
电子产业
电子产业是应用无铅焊锡的主要领域之一，包括消费电子产 品、通讯设备、计算机硬件和各种电子元器件等。无铅焊锡 在电子产业中广泛应用于电路板焊接、连接器制造和表面贴 装技术等领域。
无铅焊锡制程简介
目录
CONTENTS
• 无铅焊锡的定义与特性 • 无铅焊锡制程 • 无铅焊锡的应用领域 • 无铅焊锡的市场趋势与挑战 • 无铅焊锡的未来展望
01 无铅焊锡的定义与特性
无铅焊锡的定义
01
无铅焊锡是指不含有铅等有毒物 质的焊锡合金，主要用于电子组 装和焊接工艺中。
手焊锡教育管理资料无铅焊锡
6.修理作用
❖ 因为无铅焊比有铅焊的烙铁温度高,所以注意不要损 坏部品,烙铁头压部品时小心且不要多次修理
❖ 修理时的注意点： ❖ 修理时,必须使接合部的焊锡全部溶化. ❖ 修理的地方及周围不能飞测焊锡 ❖ 修理后的接合部焊锡量及弯角形状要确认. ❖ 确认修理周围的部品有无品质影响 ❖ 修理后目视很难确认,最好用放大镱及显微镜看.
❖ ②.降低表面张力,使流动性更好. ❖ ③.防止再氧化,FLUX把金属表面覆盖了一层就不会
再氧化.
3-2FLUX成分
❖ FLUX主要成分是松脂,在锡线中心有FLUX,一般在 75摄氏度至160摄氏度象水一样液态.
❖ 3-3 FLUX的条件 ❖ FLUX的融点比焊锡的低,比焊锡流动性大.
7 清洁度
❖ ⑤.根据部品大小选择的锡线,焊接是把锡线送到接合部, 每次少量多次加锡.
❖ ⑥.当部品较大或流动性不好时,就可轻轻移动烙铁头使 焊锡流动需要的地方但是不要使引脚受到外力.
❖ ⑦.接合部的锡量加够后就要停止供锡 ❖ ⑧.上锡适量后就要快速移开,否则就会有毛一刺. ❖ ⑨.3-8步应在3秒内完成 ❖ ⑩.焊锡完后,先自检一下,如需修理,需确认焊锡是否全
部溶掉再加锡否则就要把焊锡除去后再重新加锡
❖ ⑾.如需除去FLUX要用溶剂洗干净.
4-2焊锡的注意点
❖ 上锡时,是给接合部加锡不是烙铁,或是给烙铁 和金属层的中间位置送锡.
❖ 焊锡在金属面流动,要使铜箔和部品电板部都覆 盖后才能撤离
❖ 在焊锡还没完全凝固时,不要移动焊接部位 ❖ 不要把FLUX侵入到连接器内,不要飞溅 ❖ 不要把有铅和无铅的焊锡混在一起,这样接合部
❖
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 0:49:09 00:49:0 900:49 1/4/202 1 12:49:09 AM
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无铅焊锡制程及其特性
锡/铅（Ti n/Lead）成分的焊锡是电子装配中最常用的焊锡，可是，在去年，整个工业出现一股推动力向无铅焊锡转换。
其理由是人们越来越了解有关铅的使用及其对人类健康的不良影响。
与铅有关的健康危害包括神经系统和生育系统紊乱、神经和身体发育迟缓。
铅中毒特别对年幼儿童的神经发育有危害。
已有法律来控制铅的使用，例如，铅在铅锤、汽油和油画中的使用有严格的规范，在美国从1978年起，铅在消费油画中的使用已被禁止，其它相关的法规在美国、欧洲和日本正在孕育之中。
表一显示了铅在各种产品中的使用量，蓄
电池占铅用量的80%，电子焊锡大约占所有铅用量的0.5%，即使铅在电子焊锡中的使用被禁止，也不能解决全部的铅中毒问题。
可是，电子焊锡中的0.5%的铅数量上还是可观的。
代替铅的元素
电子工业正在寻找无铅焊锡，能够取代普遍接受和广泛使用的锡/铅焊锡。
研究与开发的努力集中在潜在的合金上面，这种合金要提供与锡/铅共晶焊锡相似的物理、机械、温度和电气性能。
表二是可以取代铅的金属及其相对成本。
表二、替代铅的材料及其相对价格
除了成本之外，还必须了解考虑作为铅替代的元素的供需情况。
如表三所示, 含铋合金从可利用资源的出发点上是无希望的，现在可利用得铋供应可能被全部
用完，如果将此合金广泛用于正在蓬勃发展的电子工业。
表三、美国矿产局有关不
从表二所显示的潜在替代金属的相对价格看，很明显，许多无铅焊锡将比其替代的锡/铅焊锡贵得多。
例如，铟（In）是用来取代铅的主要元素之一，但它是一种次贵重金属，几乎和银一样贵。
可是应该注意，所建议的焊锡合金的高成本在决定最终产品价格时，并不象最初所显示的那么重要。
因为所需的量少，在装配中，和其它成本因素如：元件、电路板及装配相比，焊锡成本几乎不重要。
所选合金的性能是非常重要的。
无铅焊锡及其特性
和温度、机械、蠕变、疲劳特性一样，熔化温度点是最重要的焊锡特性之一。
表四提供了现时能买到的无铅焊锡一览表。
表四、无铅焊锡及其特性
应该注意到，无铅焊锡的化学成份还正在优化，以达到所希望的特性。
表四中的焊锡化学成份可能在商业上购买的焊锡中有稍微的不同。
例如，表五显示了一些从不同的供应商购买的焊锡品牌。
含有高量铟(In)的无铅焊锡(如表五中第一种合金)有潜在的铟和铅的不兼容性，如果板面和元件引脚上有铅的话。
为了得到真正的无铅工艺，如果使用含铟合金，则可能有必要在PCB上使用无铅表面处理。
工业上正注重开发可替代的电镀层。
例如Alpha Metal的AlphaLevel闪燃银电镀，和Motorola的对板层和元件引脚的锡/铋电镀。
从表四我们可以看到，无铅焊锡要不比锡/铅共晶合金的熔点低很多，要不高很多。
表五所示大都是较高温度的无铅焊锡。
当使用低温焊锡时，需要特殊的助
焊剂，因为标准的助焊剂可能在低温下无活性。
和低温焊锡有关的另一个温题是
由于次共熔温度下，较低的流动性引起的润湿特性的减少。
对低温应用，含铟焊锡正得到接受。
一些公司正使用一种52I n/48Sn的含铟焊锡，因为其较好的返工/返修特性。
因为该合金的熔点在118°C(244 °F),返工是在低温下进行，一般不会引起温度损坏。
如果印刷电路板是镀金作防氧化用，那么，含铟焊锡可用来防止金流失。
另一种低熔点无铅焊锡是58Bi/42Sn。
如果我们看看Sn/Bi合金的金相图，会发现其熔点在138。
C。
铋用于焊接合金中以达到低的焊接温度，但该合金一般显示出差的液化特性。
表四中列出的许多其它合金，比锡/铅共晶的熔点183° C要高很多。
如，锌/ 锡高温无铅焊锡的熔点为198° C o
高熔点焊锡将和现在广泛使用的基板材料，如FR-4,不相融合。
另外，返工
不得不采用高温，将大大增加对板损坏的可能性。
现时还没有混入式的无铅焊锡替代产品，虽然有些供应商把他们的焊锡描述成几乎混入式的”。
甚至这些要求返工的焊接烙铁的温度高达400° C(750°F), 这在某些方面的应用是一个太高的温度，可能引起潜在的温度损坏。
还有，在波峰焊接中使用高熔点焊锡的关键问题之一是，增加电容断裂的可能性。
波峰焊接温度需要保持在大约230~245 C，高过锡/铅焊锡熔点大约45~65° C。
一种熔点为220° C的无铅焊锡，要求265~280°C的波峰焊接温度，这增加了预热和波峰之间的温度差，增加了电容断裂的可能性。
一般来说，几乎所有的无铅焊锡都比锡/铅共晶的润湿性能(扩散性)差，引起不良的焊脚。
为了改善润湿性能，要求特别的助焊剂配方。
无铅焊锡的疲劳特性也不太好，虽能在一份研究中，用高温95.6Sn/3.5Ag(表四中最后一种合金)进行温度循环后，没有观察到焊接点完整性的退化。
理想的焊锡熔点应在大约180° C，这样回流温度为210~230° C，波峰炉温为235~2450C，手工焊接温度为345~400°C(650~700 °)。
只有很熟练的操作员才可以操作更高的手工焊接温度，而避免温度损坏。
电子工业协会(IPC)的标准，J-STD-006,提供了详细的锡/铅和无铅焊锡的列表。
可是，没有哪一种无铅焊锡被认定为混入式的锡/铅共晶的替代产品。
工业还在寻找真正可以替代锡/铅共晶的正确的无铅焊锡。
这是一个工业必须应付的挑战。